Шарнир универсального шпинделя

 

Изобретение относится к металлургическому оборудованию, а именно к устройствам для передачи вращения рабочим валкам прокатных станов. Цель изобретения - повышение надежности и несущей способности. Шарнир содержит обойму, имеющую муфту и шарнирную часть. В шарнирной части обоймы размещена втулка и в их цилиндрических пазах установлены бочкообразные ролики. В диаметрально расположенных пазах муфты обоймы закреплены сменные планки, через которые передается рабочий момент лопатообразному хвостовику рабочего валка. Особенность конструкции заключается в том, что пазы обоймы и втулки размещены группами. При этом шаг между продольными осями пазов каждой группы одинаков, а шаг между соседними группами превышает шаг внутри групп. Каждая из групп имеет ось симметрии, совпадающую с одной из осей симметрии поперечного сечения муфты. Радиальные прямые, проходящие через вершины прямоугольных пазов муфты, делят расстояние между крайними пазами соседних групп на две части с соотношением частей, находящихся в диапазоне 1,15-2,0. Это позволяет зоны концентрации напряжений в шарнирной части обоймы и муфте удалить друг от друга таким образом, чтобы исключить их отрицательное взаимовлияние без усложнения конструкции шарнира. 7 ил.

Изобретение относится к металлургическому оборудованию, а именно к устройствам для передачи вращения рабочим валкам прокатных станов. Цель изобретения повышение надежности и несущей способности. На фиг. 1 показан шарнир, поперечный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 вид Б на фиг. 2; на фиг. 4 вариант конструкции шарнира, когда муфта размещена во втулке, поперечный разрез; на фиг. 5 эпюры прироста изгибных напряжений в радиальных сечениях муфты вследствие влияния прямоугольных пазов различного профиля; на фиг. 6 эпюра прироста изгибных напряжений в радиальных сечениях шарнира вследствие влияния пазов обоймы; на фиг. 7 фрагмент развертки внутренней поверхности обоймы. Шарнир универсального шпинделя содержит обойму 1, имеющую муфту длиной L₁ и шарнирную часть длиной L₂, между которыми выполнена проточка длиной l. В шарнирной части обоймы 1 размещена втулка 2 и в их цилиндрических пазах установлены бочкообразные ролики 3. Для осевого взаимодействия обоймы 1 и втулки 2 пружиной 4 к диску 5 с пятой 6, размещенными в проточке, подпружинен шток 7. В выточке обоймы 1 размещено стопорное кольцо 8. Крышка 9 с уплотнением 10 удерживает смазку в полости шарнира. В диаметрально расположенных прямоугольных пазах муфты обоймы закреплены сменные планки 11, через которые передается рабочий момент лопатообразному хвостовику рабочего валка. Угол κ (фиг. 5) определяет в полости муфты положение краев планок. Анализ существующих конструкций муфт, находящихся в эксплуатации на различных прокатных станах, показывает, что величина k находится в пределах от 35 до 55^o. Обойма 1 представляет кольцо переменной жесткости с муфтой длиной L₁ и шарнирной частью длиной L₂. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния и вид разрушений обоймы в процессе эксплуатации показывают, что основным внутренним силовым фактором, вызывающим разрушения, является знакопеременный изгибающий момент. Это позволяет использовать расчетную схему плоского кривого бруса с крупными выемками под действием изгибающего момента M для получения вида эпюр напряжений и их анализа (Писаренко Г.С. и др. Сопротивление материалов. К. Вища школа, 1986, с. 457-465). Эпюры прироста изгибных напряжений для муфты вследствие выполнения в ней прямоугольного паза различной ширины L₃ показаны на фиг. 5. Ограничивают углами k и b область повышенных напряжений. Максимумы эпюр I, II, III совпадают с радиальными сечениями наименьшей площади, которые проходят через вершины прямоугольных пазов соответственно I, II, III и обозначены точками B₁, B₂, B₃ на осевой линии. Точка А на той же оси ограничивает повышенные напряжения с одной стороны, являясь общей для всех эпюр, а точки C₁, C₂, C₃ с другой стороны для соответствующих эпюр. как видно, асимметрия каждой из эпюр повышенных напряжений относительно наименьшего радиального сечения, определяемая длиной дуг AB и BC, увеличивается с ростом k. (При k=0 эпюра становится симметричной). Для предельных применяемых на практике значений углов κ₁=55° соотношения Наличие фасок и скруглений вершин прямоугольных пазов не меняет характера эпюр и указанных соотношений. Аналогично получена эпюра повышенных напряжений, обусловленных концентратором от цилиндрического паза (фиг. 6). При наружном расположении паза эпюра не отличается от приведенной. Учитывая совпадение знаков напряжений в муфте и шарнирной части, необходимо исключить совмещение на одной образующей эпюр Δτ(κ) (фиг. 5 и 6) от прямоугольных и цилиндрических пазов для варианта размещения муфты во втулке (фиг. 4). Иначе происходит суммирование повышенных напряжений. Цилиндрические пазы на окружности центров должны размещаться группами, которые отделены друг от друга зонами действия повышенных напряжений, обусловленных наличием прямоугольных пазов. При этом образуются две пары противоположно расположенных групп цилиндрических пазов, одна из которых имеет ось симметрии, совпадающую с осью симметрии муфты N₁-N₁ и шаг расположения пазов t₁, а другая - N₂-N₂ и шаг t₂. Шаг между группами пазов превышает шаг между пазами внутри групп. Расстояние между крайними пазами групп t₃ делится осями N₃-N₃, проходящими через вершины прямоугольных пазов, в указанном выше соотношении, равном 1,15-2,0. Когда муфта размещена в обойме (фиг. 1 и 2), расположение цилиндрических пазов шарнирной части на участках внутренней поверхности, определяемых углом β-κ, обуславливает совмещение зон повышенных напряжений и двухстороннее ослабление продольного сечения обоймы. Осевая протяженность очага концентрации напряжений, повышающая вероятность образования усталостной трещины равна сумме L₁+L₂. Максимальное ослабление продольного сечения будет при совпадении радиальных прямых, проходящих через вершины прямоугольных пазов и центры цилиндрических пазов. Расположение зон повышенных напряжений от цилиндрических пазов за пределами участков внутренней поверхности, определяемых углами β-κ, как показано на фиг. 7, не вызывает совмещения зон повышенных напряжений в осевом направлении. В этом случае односторонние ослабления подкреплены участками повышенной прочности. Шарнир работает следующим образом. Передача вращения и крутящего момента под углом от втулки 2 к шарнирной части обоймы 1 осуществляется через бочкообразные планки 11, крутящий момент передается приводному концу прокатного валка. Пружина 4 компенсирует осевые перемещения обоймы 1 относительно втулки 2. Центровка шарнира обеспечивается бочкообразными поверхностями вершин зубьев втулки 2. В предлагаемом шарнире универсального шпинделя зоны концентрации напряжений в шарнирной части обоймы и муфте удалены друг от друга таким образом, что исключено их отрицательное взаимовлияние. Без усложнения конструкции повышена объемная прочность обоймы, что в условиях действия переменных во времени и ударных нагрузок обеспечивает повышение ее предела выносливости, вероятности неразрушения и, как следствие, высокие несущую способность и надежность шарнира шпинделя. Это позволяет сократить затраты на изготовление, ликвидацию поломок и ремонт оборудования, а также простои станков. 2

Формула изобретения

Шарнир универсального шпинделя, включающий обойму, состоящую из двух частей шарнирной, содержащей втулку, установленную внутри обоймы и сопряженную с ней посредством тел качения, размещенных в их цилиндрических пазах, и муфтовой, с посадочным местом для хвостовика валка, имеющим диаметрально расположенные пазы, в которые помещены планки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и несущей способности, пазы обоймы и втулки расположены группами, при этом шаг между продольными осями пазов каждой группы одинаков, шаг между продольными осями крайних пазов соседних групп превышает шаг между продольными осями пазов внутри групп, каждая из групп пазов имеет ось симметрии, совпадающую соответственно с одной из осей симметрии поперечного сечения муфты, а радиальные прямые, проходящие через вершины прямоугольных пазов муфты, делят расстояние между крайними пазами соседних групп на две части с соотношением частей, находящимся в диапазоне 1,15 2,0.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7